Introduction
Mesure de dureté par nano-indentation

La mesure de dureté préoccupe depuis longtemps les métallurgistes. Ainsi, de nombreuses méthodes ont été développées pour mesurer cette propriété. On peut les classer en deux grandes catégories de tests : les tests de dureté dynamique et les tests de dureté d'indentation quasi statique. Dans le cas de la dureté dynamique, une charge est lancée d'une hauteur donnée sur la surface. La dureté est exprimée en termes d'énergie d'impact et de taille de l'empreinte. La méthode d'indentation quasi statique, qui demeure la plus utilisée, consiste à presser un objet de grande dureté et de géométrie connue contre la surface du matériau à tester. Suivant la charge mise en jeu, on peut distinguer trois techniques : la macro-indentation (charge supérieure à 10 N), la micro-indentation (charge comprise entre 0,1 et 10 N) et la nano-indentation (charge inférieure au newton).

Dans l'indentation conventionnelle (macro et micro), on mesure l'empreinte résiduelle après le retrait de l'indenteur. L'interprétation de ces essais s'avère difficile. En effet, ils ne permettent pas de prendre en compte une relaxation éventuelle du matériau et on ne mesure que la déformation plastique. En nano-indentation, la mesure continue de la charge et du déplacement a remplacé la mesure optique de l'empreinte résiduelle, compte tenu des forces appliquées et des tailles d'empreintes très réduites. Cette technique permet en particulier de mesurer les propriétés mécaniques de couches minces et de matériaux traités en surface.

La mesure par nano-indentation nécessite un appareillage très précis. Il doit être en mesure d'appliquer et de contrôler des gammes de forces aussi faibles que quelques dizaines de micronewtons et pouvant aller jusqu'à quelques centaines de millinewtons, avec une précision de l'ordre du micronewton. Par ailleurs, il doit être capable de mesurer des profondeurs de pénétration, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres avec une résolution inférieure au nanomètre.